2025考研数学线性代数矩阵对角化解析
2024.08.02 07:31

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  首先是矩阵对角化的概念:对于n阶矩阵A,若存在一个n阶可逆矩阵P,使P-1AP=Λ(Λ为对角矩阵)成立,则称A可相似对角化,否则就称A不可对角化。概念是要牢记于心的。

  重要定理:若n阶矩阵A可以对角化,则对角矩阵Λ的n个主对角线元素必是A的n个特征值λ1,λ2,…,λn(包括重根),其相似变换矩阵P的n个列向量X1,X2,…,Xn是A的分别属于λ1,λ2,…,λn的特征向量,且X1,X2,…,Xn线性无关,即有:P-1AP=Λ,其中Λ=diag(λ1,λ2,…,λn),P=(X1,X2,…,Xn)为可逆阵,且AXj=λXj(j=1,2,…,n).

  并非所有的n阶矩阵都可对角化,只有满足一定条件的矩阵才可对角化,下面是几个相关结论:

  结论1:n阶矩阵A可以对角化的充分必要条件是A有n个线性无关的特征向量。

  结论2:若n阶矩阵A有n个两两不同的特征值,则A必可对角化。

  结论3:设λi是矩阵A的任一个特征值,其代数重数为ni(即λi是ni重特征值),其几何重数为mi(即属于λi的线性无关的特征向量的最大个数,也是齐次线性方程组(λiE-A)X=0的基础解系中的向量个数,mi=n-r(λiE-A)),则恒有mi≤ni。

  结论4:设n阶矩阵A的两两不等的特征值为λ1,λ2,…,λs(1≤s≤n),则矩阵A可对角化的充分必要条件是,对A的每一个特征值λi,都有mi=ni(i=1,2,…,s)。

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